Embed Size (px)
Citation preview
M. J. SÁNCHEZ MARTÍNM. SÁNCHEZ CAMAZANO
TEMAS DE DIVULGACIÓN1ª edición en 1984
LOS PLAGUICIDAS.ADSORCIÓN Y EVOLUCIÓN EN EL SUELO
INSTITUTO DE RECURSOSNATURALES Y AGROBIOLOGÍA
Consejo Superior deInvestigaciones Científicas Diputación de Salamanca
Edición electrónicapromovida por CeresNet
ÍNDICE TEMÁTICO
INTRODUCCIÓN.......................................................................................................................................... 5
1. ¿QUÉ SON LOS PLAGUICIDAS? ........................................................................................................... 7
2. ANTECEDENTES HISTÓRICOS ............................................................................................................ 9
3. PLAGUICIDAS ORGÁNICOS MÁS IMPORTANTES..........................................................................11
4. FORMULACIONES Y MÉTODOS DE APLICACIÓN .........................................................................15
5. LA INDUSTRIA DE PLAGUICIDAS ......................................................................................................21
6. VENTAJAS E INCONVENIENTES DEL USO DE LOS PLAGUICIDAS ............................................23
7. EVOLUCIÓN DE PLAGUICIDAS EN EL SUELO................................................................................27
8. ADSORCIÓN DE PLAGUICIDAS POR LOS COLOIDES DEL SUELO .............................................31
8.1. EFECTOS DE LA ADSORCIÓN.........................................................................................................32
9. INVESTIGACIONES SOBRE EVOLUCIÓN DE PLAGUICIDAS EN SUELOS .................................35
9.1. PERSISTENCIA EN SUELOS.............................................................................................................369.2. ADSORCIÓN POR SUELOS...............................................................................................................399.3. ADSORCIÓN POR LA FRACCIÓN COLOIDAL DEL SUELO ..........................................................40
10. CONCLUSIÓN........................................................................................................................................49
INTRODUCCIÓN
A medida que crece la población mundial aumenta también la necesidad de mantener la
capacidad de producción del suelo. La obtención de la cantidad adecuada de alimentos requie-
re el uso de plaguicidas para alcanzar y mantener un equilibrio entre las especies vegetales de-
seadas y sus competidores.
Sin embargo, estos compuestos químicos utilizados en agricultura llegan en general al
suelo, ya sea directa o indirectamente, y originan problemas de polución y contaminación. Co-
mo consecuencia, algunos investigadores del medio ambiente opinan que el uso de plaguicidas
en agricultura debe ser reducido o prohibido, a causa del riesgo de la retención de estos com-
puestos por las cosechas y suelos y de su posterior incorporación a la cadena de alimentos. Por
otro lado, investigadores en agricultura argumentan que el uso continuado de grandes cantida-
des de plaguicidas es esencial para alcanzar rendimientos máximos. Una alternativa razonable a
estas dos opiniones extremas debe ser el conseguir un mejor conocimiento de la evolución de
los plaguicidas en el suelo, es decir, de los procesos que afectan a estos compuestos y de la
implicación de los mismos en su persistencia y bioactividad. Con este conocimiento el impacto
ambiental del uso de un plaguicida en agricultura podría ser evaluado más exactamente.
La gran variedad en las propiedades físicas, químicas y biológicas de los suelos y la di-
versidad de ambientes en que ellos se encuentran y en los que los plaguicidas son utilizados,
hace que sean necesarios grandes esfuerzos en investigación. Por otra parte, la complejidad de
las interacciones entre el suelo y los distintos plaguicidas añadidos al mismo es un tema de gran
importancia práctica aun cuando complicado desde un punto de vista científico.
Al estudio de los procesos que afectan la evolución de los plaguicidas en el suelo y
preferentemente a la ADSORCIÓN POR LA FRACCIÓN COLOIDAL, como proceso fun-
damental, va dedicado este trabajo.
1. ¿QUÉ SON LOS PLAGUICIDAS?
Los plaguicidas son compuestos químicos que sirven para combatir los parásitos de los
cultivos, del ganado, de los animales domésticos y del hombre y su ambiente.
De acuerdo con su actividad biológica pueden clasificarse en insecticidas, fungicidas,
herbicidas y rodenticidas según que su toxicidad sea para insectos, hongos, malas hierbas o
roedores. También existen los atrayentes, repelentes y esterilizantes de insectos que coadyuvan
a su destrucción por medio de estas acciones.
Según su naturaleza química, en principio, pueden clasificarse en inorgánicos y orgáni-
cos. Los primeros no plantean, en general, una problemática importante desde el punto de vista
de su toxicidad y evolución en el suelo. Por el contrario en lo que se refiere a los orgánicos, se
ha ido desarrollando una amplia gama de productos que plantea problemas de evolución en el
complejo sistema del suelo.
Para que un plaguicida alcance un amplio uso en la práctica agrícola, debe reunir de-
terminadas condiciones básicas como:
Efectividad: debe ser efectivo en la destrucción de la plaga contra la que actúa.
Selectividad: debe combatir únicamente los organismos dañinos sin perjudicar a la flora
o a la fauna beneficiosas.
Economía: la utilización de un plaguicida debe producir unos beneficios que superen el
gasto que supone su utilización.
Seguridad: no debe ser tóxico para las plantas útiles al hombre ni constituirse en un pe-
ligro para la salud del hombre ni de los animales domésticos.
Estabilidad: debe conservar su capacidad de acción durante un tiempo suficiente.
Posibilidad de formulación: debe ser compatible con algunos de los posibles soportes y
diluyentes, dando lugar a formulaciones estables y efectivas.
A pesar de estas condiciones, muchos de los compuestos que se han utilizado como
plaguicidas han sido tan estables que han originado una gran contaminación ambiental, al que-
dar sus residuos ampliamente distribuidos en cosechas, suelo, agua y aire en y cerca de los lu-
gares de su uso. Debido a esto, y teniendo en cuenta la toxicidad relativamente elevada de al-
guno de ellos, es de gran importancia el estudio de la persistencia e interacción de estos com-
puestos con el ambiente, con el fin de conocer el problema y poder emplear medios para redu-
cirlo. Esto permitiría, además, usarlos adecuadamente obteniendo de ellos el máximo beneficio
con el mínimo riesgo.
2. ANTECEDENTES HISTÓRICOS
Investigaciones recientes de dos científicos canadienses, A. Smith y D. M. Secoy, del
Centro de Investigación Agrícola de Canadá en Regina, Sask, han demostrado que el origen de
algunos de los actuales métodos de lucha contra las plagas se remonta hasta hace dos mil años
(R. Gogerty, 1978) (fig.1). Estos investigadores han dedicado varios años a analizar la natura-
leza biológica y química de los medios de lucha contra las plagas usados en la Antigüedad.
Tanto los pueblos de la Grecia Antigua como los del Imperio Romano tuvieron la agricultura
como una ocupación básica y de gran importancia, obteniendo sus plaguicidas de diversas
fuentes vegetales y animales, así como de algunos minerales, observándose que muchos de los
métodos descritos por los autores clásicos para combatir las enfermedades de hongos, malas
hierbas e insectos tienen gran parecido con los métodos modernos. Smith concluye en sus in-
vestigaciones que resulta difícil calibrar a tan largo plazo el valor de las prácticas plaguicidas
de las que fueron pioneros los agricultores mediterráneos.
FIG. 1. Creación artística que ilustra la aplicación de plaguicidas en la Antigüedad.
Prescindiendo de las investigaciones que se acaban de señalar, se admite comúnmente
que el uso de plaguicidas es reciente, señalándose su introducción a principios del siglo pasado
con descubrimientos casuales de la acción plaguicida de algunos compuestos, como el azufre,
los arseniatos, el sulfato de cobre, etc...; Bonnet utilizó por primera vez el caldo bordelés (cal
+ sulfato cúprico), en 1986, en Francia.
En el año 1922 comienzan a utilizarse los aceites insecticidas y al mismo tiempo se des-
cubre la acción insecticida del pelitre. El uso de las flores de pelitre (fig.2) comenzó en Persia
de donde pasó al Cáucaso, introduciéndose en Europa a principios del siglo XIX. Se utilizaban
las flores de pelitre secas y pulverizadas como insecticida; actualmente, a partir de ellas se ob-
tiene un insecticida conocido como piretrina.
FIG. 2. Flor de pelitre (Tanacetum cinerariifolium (Trev) (Schulz Bip)
En el desarrollo de los plaguicidas marca una fase importante el descubrimiento de las
propiedades del DDT (1,1,1- tricloro-2,2-bis (p-clorofenil)etano), realizado por Müller en
1940; aunque este compuesto había sido sintetizado y descrito químicamente a finales del siglo
pasado no se conocían sus propiedades insecticidas. Después del descubrimiento de la acción
insecticida del Ddt en Suiza se descubría simultáneamente en Francia y en el Reino Unido la
del HCH (hexaclorociclohaxano) y algunos años más tarde Schader sintetizaba los primeros
compuestos organofosforados y descubría su acción insecticida. Posteriormente, con la ayuda
de los estudios científicos sobre plantas e insectos, se marca una nueva etapa en el desarrollo
de nuevos herbicidas e insecticidas.
3. PLAGUICIDAS ORGÁNICOS MÁS IMPORTANTES
DERIVADOS HALÓGENOS
Son compuestos orgánicos que contienen generalmente átomos de cloro en su molécu-
la, y que poseen una alta toxicidad para los insectos. Dentro de este grupo de compuestos el
DDT sintetizado en 1874 por Zeidler, quien descubrió sus propiedades físico-químicas, tiene
una gran importancia en la historia de los insecticidas. Sin embargo, sus propiedades insectici-
das no fueron descubiertas hasta 1940 por Müller comenzando a desarrollarse su utilización
para usos agrícolas después de la II Guerra Mundial. Actualmente su acumulación en el medio
ambiente y en los seres vivos ha dado lugar a restricciones en su uso por parte de algunos paí-
ses.
Fórmula química del DDT
Dentro de estos compuestos podemos distinguir tres grupos:
a) Derivados halógenos de hidrocarburos alifáticos que son utilizados principalmente
como fumigantes: metilbromuro,1, 2-dicloropropano,etc...
b) Derivados halogenados de hidrocarburos alicíclicos con importancia práctica como
insecticidas y fungicidas: HCH, toxafenol, clordano, heptacloro, aldrín, dieldrín,
endrín,etc...
c) Derivados halogenados aromáticos: Tienen propiedades insecticidas, acaricidas,
herbicidas y fungicidas dependiendo de la naturaleza del átomo de halógeno, del
número de ellos en la molécula de benceno y de su posición en el anillo: DDT,
DDD, metoxiclor, hexaclorobenceno,etc...
Estos compuestos actúan sobre el sistema nervioso de los insectos, aunque no se cono-
ce bien si el mecanismo de acción es por contacto o por ingestión.
COMPUESTOS ORGANOFOSFORADOS
Estos compuestos son ésteres o amidas derivadas del ácido fosfórico, tiofosfórico, di-
tiofosfórico, fosfónico y fosfínico. Tienen su origen en las investigaciones que se realizaron en
la II Guerra Mundial sobre los gases neurotóxicos. El descubrimiento de sus propiedades in-
secticidas se debe a Schader, siendo el tetrafosfato de hexaetilo el primero de estos compues-
tos con aplicación comercial y que es, en realidad, una mezcla cuyo componente más activo es
el pirofosfato de teraetilo (TEPP). posteriormente, este mismo científico desarrolló el paratión,
que la empresa Bayer empezó a comercializar en 1944.
Fórmula química del Paratión
La mayor actividad de estos compuestos es insecticida, aunque algunos de ellos pre-
sentan actividad nematicida, fungicida y herbicida.
Estos compuestos se caracterizan por tener un espectro de acción más estrecho que el
de los organoclorados, con lo que se reduce la destrucción de otros insectos que pueden ser
beneficiosos. Otras características son su baja persistencia y fácil descomposición a productos
no tóxicos, baja dosis de compuesto por área tratada, metabolismo relativamente rápido en
organismos vertebrados y ausencia de acumulación en los mismos, todo lo cual los hace prefe-
ribles a los organoclorados. Sin embargo, una desventaja de estos compuestos es su toxicidad,
relativamente alta para los vertebrados y seres humanos, que obliga a una manipulación más
cuidadosa y su persistencia, no tan corta como se creyó en principio, sobre todo en determina-
dos tipos de suelos.
Algunos de estos compuestos actúan como insecticidas sistémicos, es decir, que son
absorbidos por las hojas y parte aérea de la planta, aunque el órgano más común de absorción
es la raíz, quedando la planta con niveles tóxicos para determinados parásitos.
Entre los compuestos organofosforados utilizados pueden considerarse, además del pa-
ratión y el metilparatión, otros como malatión, dimetoato, monocrotofos, diazinón, azinfos-
metil, disulfotón, forato, etión,etc.
La toxicidad y la acción insecticida de estos compuestos son atribuidas a la inhibición
de la actividad acetilcolinesterasa, enzima que se encuentra en las células nerviosas de los in-
sectos y cuya desactivación paraliza su sistema nervioso.
DERIVADOS DEL ACIDO CARBAMICO, TIOCARBAMICO Y DITIOCARBAMICO
Los insecticidas a base de carbamatos fueron desarrollados por la firma Geigy a finales
de los años 40 e introducidos por primera vez en Europa en 1953 con el isolán. En Estados
Unidos el primer insecticida utilizado en gran escala y todavía en uso fue el carbaril, introduci-
do en 1958 por la Unión Carbide bajo la denominación comercial de sevin, producto de gran
actividad y amplio espectro de acción, siendo además barato, estable y relativamente poco tó-
xico.
Fórmula química del Sevin
Los carbamatos pueden tener propiedades insecticidas y herbicidas. En el primer caso
la máxima actividad corresponde a los derivados N-alquil-carbamato de alquilo o arilo y los N,
N-dialquicarbamatos de hidroxiheterociclos. Entre estos compuestos tienen importancia prácti-
ca el aldicarb, bigón, pirolán y carbofuran. En cambio, los derivados N-arilcarbamatos tienen
actividad herbicida, como el asulán, betanal y barbán, algunos de los cuales pueden ser sisté-
micos.
Los derivados tio- y ditiocarbamatos, en general, tienen propiedades herbicidas, aunque
alguno de ellos presenta también actividad fungicida. Entre estos compuestos se encuentran el
molinato, vapán y vegadex.
Este grupo de plaguicidas presenta algunas ventajas frente a los compuestos organo-
fosforados como son su eficacia contra insectos resistentes a estos últimos y su mayor seguri-
dad de manejo, pero también presenta desventajas ya que son de producción más difícil, más
caros y de mayor toxicidad frente a los insectos polinizadores.
Su modo de acción es el mismo que el de los insecticidas organofosforados, es decir,
inhiben la actividad de la acetilcolinesterasa.
DERIVADOS DE LA UREA Y DE LA TIOUREA
Estos compuestos presentan principalmente propiedades herbicidas que aumentan no-
tablemente con la presencia de átomos de halógeno en la molécula destacando entre ellos fenu-
rón, monurón, linurón y fluometurón.
Fórmula química del Linurón
Se utilizan principalmente como esterilizantes, en terrenos donde se quiere evitar el
crecimiento de todo tipo de plantas y en tratamientos de preemergencia. Actúan inhibiendo la
reacción de Hill y por tanto impidiendo el proceso normal de fotosíntesis.
COMPUESTOS HETEROCÍCLICOS
Constituyen un grupo de compuestos con gran actividad sobre todo herbicida. Pueden
ser heterocíclicos de 5 ó 6 átomos y con 1,2 ó 3 heteroátomos en el anillo siendo los más im-
portantes las triazinas sustituidas. Presentan también interés algunos derivados de diazinas (pi-
ramín), de la piridina (piclorán) y del triazol (aminotriazol).
Fórmula general de triazinas
La acción fundamental de estos compuestos como la de todos los herbicidas es el blo-
queo de la fotosíntesis ya que a concentraciones muy bajas se reduce la fijación de CO2 y se
inhibe la síntesis de la glucosa.
4. FORMULACIONES Y MÉTODOS DE APLICACIÓN
Los principios activos donde radica la actividad valorable del plaguicida se obtienen en
la industria química con un grado de pureza entre el 75 y el 90%. En general, estos principios
constituyen sólo una pequeña proporción del producto final que se vende al agricultor, ya que
la mayoría de las sustancias químicas plaguicidas logran su efecto en dosis muy pequeñas, que
a veces representan unos pocos gramos de ingrediente activo por hectárea de cultivo. Como no
es posible medir correctamente y distribuir con uniformidad en el campo esas cantidades dimi-
nutas lo que se hace es acondicionar esos productos para su empleo en una formulación que
pueda ser utilizada bien de forma directa o dispersada en el agua.
La formulación contiene la materia activa o el producto técnicamente puro más o me-
nos diluido en un soporte sólido o en un disolvente líquido y además sustancias auxiliares o
coadyuvantes que son capaces de modificar ventajosamente las propiedades físicas, químicas y
biológicas de los plaguicidas aumentando su eficacia. Entre ellas se encuentran emulgentes,
adherentes, fluidificantes y estabilizantes.
La “materia activa”, en muchos casos, es idéntica al principio activo pero en otros lo
contiene como un isómero o bien combinado en forma de óxidos, ésteres, sales u otros com-
puestos.
El “producto técnico” es el producto obtenido en la síntesis industrial, que además de
la sustancia química útil contiene una determinada proporción de otras sustancias próximas o
relacionadas y, además, impurezas de fabricación.
Las diversas formas de aplicación de los plaguicidas requieren distintos tipos de for-
mulaciones. Las más importantes son las siguientes:
Polvos para espolvoreo y polvos humectables, productos finamente divididos constitui-
dos por el plaguicida mezclado con un material inerte. Los polvos humectables se mezclan,
además, con sustancias mojantes que facilitan la suspensividad del producto en el agua, pulve-
rizándose después esta suspensión acuosa.
Granulados, productos preparados con materias inertes en forma de granos de pequeño
tamaño que pueden aplicarse directamente al suelo.
Líquidos para pulverizar o diluir, preparaciones en las que el plaguicida líquido está di-
suelto, generalmente, en un disolvente derivado del petróleo. Se aplican directamente o des-
pués de una simple dilución en un disolvente.
Líquidos emulsionables, preparaciones en las que el plaguicida líquido está disuelto
junto con los emulgentes que hacen posible la formación de una emulsión estable cuando se
diluye o se agita en el agua.
Emulsiones, productos preparados en forma de emulsión que se aplican directamente
previa su disolución en agua.
Con el fin de obtener la máxima eficacia en la aplicación de un plaguicida, el producto
deberá ser distribuido de forma uniforme en toda la parcela tratada, evitando que sus partículas
se escapen por deriva a otros lugares que no se deseen tratar, bien sea, por deriva directa
(componente horizontal del viento) o indirecta (viento o corrientes convectivas o térmicas as-
cendentes), o bien por evaporación y difusión. La pérdida de producto fuera de la zona de tra-
tamiento, supone, además de una menor eficacia y mayor gasto de producto, el riesgo de con-
taminación de zonas cercanas a las de tratamiento.
Los factores que afectan a la distribución del producto pueden agruparse en tres gru-
pos:
1. FACTORES METEOROLÓGICOS
El viento es la causa principal de la deriva directa. Su velocidad debe ser menor de 2
m/s en los espolvoreos y aplicaciones aéreas de productos líquidos atomizados (gotas cuyo
diámetro es inferior a 0,1 mm)
La temperatura es causa de la deriva indirecta como consecuencia del calentamiento
desigual de las capas de aire que dan lugar a corrientes térmicas convectivas que producen
ascendencias y turbulencias del aire. Estas hacen que las partículas asciendan a alturas desde
las cuales pueden derivar a grandes distancias reduciendo su incidencia sobre el cultivo que se
desea tratar. Este factor y la humedad del aire influyen también en la evaporación de las gotas y
en la acción del producto aplicado.
2. FACTORES INHERENTES A LAS FORMULACIONES Y CALDOS
Cuando se trata de aplicaciones líquidas o espolvoreos el tamaño medio de la gota y la
finura del polvo influyen en la cobertura y penetración del compuesto, así como en la deriva,
siendo importante en ambos casos el peso específico. En las formulaciones sólidas el tamaño
de los granulados o microgranulados influyen en la adherencia y en la uniformidad de la distri-
bución.
3. FACTORES INHERENTES A LOS MEDIOS Y EQUIPO DE APLICACION
En los medios de aplicación aéreos (fig. 3) han de tenerse en cuenta las características
especiales de los aparatos utilizados. En los aviones, los remolinos causados por la hélice y los
extremos de las alas así como la altura del vuelo y la velocidad del aparato, influyen en la dis-
tribución del producto, siendo necesario optimizar la interrelación de los tres factores para
obtener el mayor rendimiento.
FIG. 3. Aplicación aérea de plaguicidas, utilizada en el tratamiento de áreas extensas.
En los tratamientos de aplicación terrestre (fig.4), la altura a la que se aplica el pro-
ducto en los cultivos es muy baja, por lo que si el viento no es muy fuerte la influencia de la
deriva directa es escasa a no ser que se trabaje con polvo o con gotas muy finas.
Debido al coste de los tratamientos químicos y a la posibilidad de producir efectos tóxi-
cos, es muy importante que el equipo pulverizador esté en perfectas condiciones. En la figura 5
se muestran los resultados de una inspección de estos aparatos realizada en una granja alemana
(Tislter y Kohsiek, 1973). La conclusión fue desalentadora ya que más del 75 % de los pulveri-
zadores funcionaba con alguna deficiencia.
FIG. 4. Aspersión manual de plaguicida.
FIG. 5. Análisis de los fallos encontrados en un estudio sobre maquinaria de fumigación.
Los equipos de aplicación regulan la salida del plaguicida y lo lanzan al aire directa-
mente, desde donde se distribuye sobre los cultivos por deposición siendo las características de
esta función directa del tipo de equipo utilizado.
El lanzamiento y arrastre del producto en las aplicaciones aéreas tiene lugar mediante
una corriente de aire que se forma al paso del avión. En el caso de las aplicaciones terrestres de
plaguicidas líquidos una bomba expulsa el producto al exterior del depósito y lo lanza al aire
finamente dividido. Finalmente en los espolvoreos, un ventilador rotatorio lanza un chorro de
aire que arrastra el polvo al exterior.
Actualmente se utilizan técnicas especiales antideriva que permiten minimizar los ries-
gos de contaminación y residuos causados por la deriva en sus distintas fases y que se basan en
el control del producto a aplicar. Este control puede conseguirse mediante la adicción de pro-
ductos especiales que inciden sobre el tamaño de las partículas y sobre su peso específico, o
bien mediante la utilización de equipos especiales de aplicación que producen gotas gruesas y
por tanto más pesadas.
En consecuencia, para conseguir la máxima actividad y a su vez disminuir la contami-
nación que se puede originar en la aplicación de un plaguicida será conveniente utilizar formu-
laciones de productos biodegradables, de baja toxicidad, de características físicas adecuadas y
a concentraciones lo más bajas posible, así como realizar las aplicaciones en condiciones at-
mosféricas correctas, utilizando los medios adecuados y de la forma más apropiada.
5. LA INDUSTRIA DE PLAGUICIDAS
Los productos con propiedades plaguicidas son compuestos químicos de estructuras
moleculares complejas y biológicamente activos. Su proceso de comercialización es largo y
costoso, ya que se requieren ensayos exhaustivos para examinar sus efectos no sólo en el orga-
nismo que se desea atacar y en la planta o animal hospedadores , sino también en otros orga-
nismos a los que se puede llagar, ya sea directamente o a través de la cadena alimenticia. Es
necesario un gran esfuerzo para comprobar que su seguridad y eficacia son satisfactorias.
El estudio de una determinada sustancia como plaguicida se emprende si existe una ba-
se científica de que puede tener la actividad biológica deseable, bien por su semejanza estructu-
ral con un producto conocido o bien porque lo sugieran estudios fundamentales de la fisiología
o bioquímica de la plaga. a partir de la obtención de un compuesto nuevo se inicia todo un
proceso de ensayos hasta su comercialización.
Desde el punto de vista del fabricante deben satisfacerse dos criterios básicos: Activi-
dad biológica adecuada comparada con las necesidades y con las existencias de productos en
el mercado y rentabilidad sobre la inversión.
De acuerdo con esto se realizan inicialmente distintos tipos de ensayos:
1. Ensayos en laboratorio que indican si el compuesto tiene cierta actividad biológica,
aunque para tener un mejor conocimiento del potencial del producto es preciso realizar ensa-
yos de campo en distintas regiones y climas representativos de las condiciones en las que se
utilizará finalmente el producto. Estos ensayos de campo sirven, además, para estudiarlos
efectos del producto mismo y de sus productos de descomposición en el suelo y en los tejidos
vegetales y animales, así como para detectar los residuos que pudieran generar.
2. Investigaciones toxicológicas, efectuadas principalmente con animales de laboratorio
que tratan de determinar las dosis con las cuales se producen los efectos toxicológicos y la
naturaleza de tales efectos. Los primeros estudios tienen como fin indicar el nivel al cual una
sola dosis del ingrediente activo es tóxica para los mamíferos. En la etapa siguiente general-
mente se observan los efectos de dosis repetidas en los estudios de largo plazo con el fin de
comprobar, de acuerdo con las exigencias de los toxicólogos, que el nuevo compuesto no tiene
otros efectos.
3. Estudios sobre residuos que tratan de identificar la naturaleza de los compuestos
químicos y los niveles de residuos de plaguicidas que quedan después de utilizar el producto,
en el vegetal tratado y también en el suelo, agua y aire del lugar de aplicación con el fin de ob-
servar los efectos ambientales.
Todos estos datos, que es necesario presentar a las autoridades gubernamentales para
el registro de un nuevo producto, constituyen las bases de las decisiones sobre las precauciones
de uso y la determinación de la aceptación toxicológica de los residuos que quedarán en el
cultivo. También sirven para advertir sobre posibles problemas ambientales y la necesidad de
tomar medidas previas para evitarlos.
Terminados los ensayos prácticos se procede a la fabricación del producto, determi-
nando el mejor método para obtenerlo y estableciendo el proceso químico más prometedor
según la economía de los métodos. A partir de aquí, se procederá a la construcción de una
nueva planta de manufactura de productos fitosanitarios.
Antes de la comercialización del producto habrán transcurrido de 7 a 10 años, habién-
dose realizado inversiones superiores a los 35 millones de dólares, por lo que no tendría senti-
do desarrollar un nuevo producto si no existiera un mercado para la venta del mismo. Por ello
las funciones de investigación y de mercado colaboran coordinadamente, sobre todo en las
primeras fases del desarrollo para que no se desperdicie la inversión. los investigadores exami-
nan las directrices de la política gubernamental en materia agrícola que le servirán de asesora-
miento para encaminar sus esfuerzos en la dirección correcta.
6. VENTAJAS E INCONVENIENTES DEL USO DE LOS PLAGUICIDAS
Según las estadísticas actuales de la FAO dos tercios de la Humanidad están subali-
mentados. Por consiguiente el aumento de la producción agrícola es una necesidad, siendo
preciso ampliar las áreas cultivadas y el rendimiento de las explotaciones.
La lucha contra las plagas es uno de los métodos más importantes para aumentar la
productividad de las explotaciones agrícolas, ya que las pérdidas causadas por las plagas son
muy elevadas. Se ha calculado que alrededor de un tercio de la producción alimenticia del
mundo se perdería si los agricultores no utilizaran productos químicos para contrarrestar el
efecto de las plagas de los cultivos, de las enfermedades de las plantas y la competencia de las
malas hierbas. Además de este aumento de los rendimientos, la disminución de las grandes
fluctuaciones de las cosechas debidas a las plagas y el ahorro de mano de obra debido al uso de
los plaguicidas tienen gran importancia económica.
Tampoco conviene olvidar que los insectos parasitan el ganado, destruyen la madera y
las plantas destinadas a usos industriales y transmiten enfermedades al hombre. Consecuencia
de ello ha sido el rápido incremento de las ventas de productos agroquímicos a partir del desa-
rrollo de la industria moderna en la década de los años 40 con un aumento aproximado del 10
% anual. En 1981 las ventas en todo el mundo, incluyendo usos no agrícolas, ascendieron a
17.500 millones de dólares, de los cuales unos 14.000 millones correspondieron a productos
fitosanitarios. Dos tercios de estas ventas se realizaron en zonas de agricultura intensiva de
Europa Occidental, Norteamérica y Japón.
Sin embargo el uso de plaguicidas presenta varios inconvenientes que son necesarios
tener en cuenta. Hay que considerar en primer lugar que los plaguicidas alteran el balance de
la naturaleza desequilibrando los sistemas ecológicos. Este hecho tiene gran trascendencia, ya
que, como es sabido, el suelo es un ecosistema francamente complejo, en el que coexisten
multitud de poblaciones animales, vegetales y microbianas que mantienen entre sí y con el agua
y los elementos minerales edáficos un equilibrio dinámico muy preciso. La alteración de este
equilibrio por la introducción de unos agentes químicos tan activos, como suelen ser los pla-
guicidas, producen una serie de fenómenos variados que probablemente afectan a muchos de
los elementos biológicos del suelo.
Al mismo tiempo, los insectos y algunos otros parásitos pueden desarrollar razas resis-
tentes a los plaguicidas lo que hace necesario utilizar dosis mayores o productos de mayor
efectividad. La flora y la fauna también pueden ser afectadas por la aplicación de un plaguicida,
en la zona donde se realiza el tratamiento o incluso en regiones más extensas. los residuos de
estos compuestos pueden llegar a zonas más lejanas del área de aplicación arrastrados por el
viento, cursos de aguas continentales, corrientes marinas y a través de las cadenas biológicas.
Si se tiene en cuenta que todos los plaguicidas son tóxicos en mayor o menor grado pa-
ra el hombre, es necesario destacar también este aspecto estando su peligrosidad relacionada
con:
a) La manipulación de los compuestos
b) La toxicidad residual en alimentos
c) Su evolución en el suelo
El manejo de estos compuestos lleva consigo unos riesgos de intoxicación que deben
ser tenidos en cuenta por las personas que los manipulan y aplican. La toxicidad se establece
mediante ensayos en animales de experimentación y su expresión cuantitativa se representa
mediante la dosis letal media DL50, que corresponde a la cantidad de plaguicida necesario para
causar la muerte al 50% de los individuos que componen el lote de ensayo. La DL50 se repre-
senta en miligramos de plaguicida por kilogramo de peso de animal tratado en el ensayo.
Cuanto menor sea su valor, mayor será la toxicidad del compuesto. En la figura 6 se presentan
los valores DL50 para una serie de plaguicidas organofosforados y organoclorados (Report of
the Secretary’s Comission on Pesticides and their relationship to environment health). Este
índice puede hacer referencia a la toxicidad oral aguda, crónica o dérmica según que resulte a)
de la ingestión, de una sola vez, de una cantidad determinada de tóxico, b) de la ingestión de
las partes por millón de tóxico presentes en la dieta alimenticia, sucesivamente durante días, y
c) de la absorción del compuesto a través de la piel.
Existen diferencias de toxicidad muy grandes incluso entre plaguicidas del mismo tipo y
de estructura química semejantes. Las autoridades regulan la distribución y aplicaciones de los
productos más tóxicos y en algunos casos pueden llegar a prohibir su uso.
Dada la diversidad de materias primas y formulaciones se especifica por medio de le-
tras, en la etiqueta de cualquier producto comercial registrado, la peligrosidad general del
mismo, para la fauna terrestre y acuícola. Las letras varían de la A a la D, incrementándose en
este orden la toxicidad para las especies en que esté indicada. Estas letras son sustituidas ac-
tualmente por los términos de baja peligrosidad (A), nocivo (B), tóxico (C) y muy tóxico (D).
Los productos de categoría D se han suprimido prácticamente, ya que su manejo está legislado
de forma que se hace difícil su utilización y venta.
FIG. 6. Toxicidad relativa de algunos plaguicidas organofosforados y organoclorados.
La toxicidad residual se refiere a los residuos en los alimentos y a la contaminación del
medio biológico. La presencia de residuos de plaguicidas puede dar lugar a una intoxicación de
los consumidores. Este hecho se evita estableciendo unas tolerancias de residuos en las que se
especifica la cantidad máxima en mg. de plaguicida por Kg. de producto vegetal que puede
admitirse en los alimentos en base a la toxicidad del producto activo y a la proporción del ali-
mento en la dieta normal. Para evitar la presencia de un residuo superior al tolerable, se deter-
minan los tiempos mínimos que deben transcurrir entre la aplicación del plaguicida y la reco-
lección de la cosecha.
Los Organismos Internacionales, como la FAO (Organización para la Agricultura y al
Alimentación) y la OMS (Organización Mundial de la Salud), han establecido los niveles má-
ximos admisibles respecto a la ingestión de plaguicidas normalmente utilizados en distintos
países, siendo las autoridades nacionales las encargadas de establecer una legislación apropiada
y vigilar cuidadosamente los residuos de los plaguicidas mediante controles analíticos adecua-
dos.
La toxicidad relacionada con la evolución de los plaguicidas en el suelo, se expone en
apartados sucesivos al tratar detalladamente este proceso dada su importancia.
De todo lo anteriormente expuesto podemos resumir que los plaguicidas son productos
que, junto a una gran utilidad económica, presentan riesgos de importancia variable. En conse-
cuencia, resulta imprescindible la comprobación de que su eficacia sea superior a unos mínimos
aceptables y que los riesgos derivados de su manipulación y aplicación sean perfectamente
controlables.
Para conseguir los objetivos será necesario que el agricultor efectúe una buena práctica
agrícola. En definitiva, deberá seguir fielmente las instrucciones de uso del producto, efectuará
únicamente los tratamientos necesarios evitando tratamientos por rutina, elegirá sólo plaguici-
das autorizados sobre el cultivo, no aplicará dosis superiores a las recomendadas, el método de
aplicación será lo más uniforme y regular posible y el momento de aplicación será tal que actúe
sobre la plaga en su forma más vulnerable y con la suficiente antelación a la fecha de recolec-
ción para que se cumpla el plazo de seguridad entre tratamiento y recolección.
Al mismo tiempo, la Administración, consciente de la problemática que presentan estos
productos, debe adoptar las medidas adecuadas para garantizar al usuario que los productos
que puede adquirir en el mercado son suficientemente eficaces y seguros. En España desde
1942 está prohibida la fabricación, importación y comercialización de cualquier plaguicida que
no haya sido inscrito en el Registro Oficial Central de productos fitosanitarios del Ministerio de
Agricultura. La inscripción en dicho registro está precedida de una laboriosa homologación
que abarca la comprobación de su eficacia, de sus características físico-químicas, y la evalua-
ción de su peligrosidad bajo los distintos aspectos ya mencionados.
Actualmente existe una legislación clara y completa al respecto a partir del 24 de Enero
de 1984, fecha en que se publica el Reglamento Técnico Sanitario.
Para finalizar señalaremos que también corresponde a los Gobiernos promover planes
de investigación y desarrollo en torno a la protección de cultivos y del medio ambiente. Esta
investigación, no comercial, debe desempeñar un papel importante al lado del emprendido por
la industria, ya que por su propia naturaleza las compañías químicas tienen que fijarse objetivos
definidos, es decir, descubrir, desarrollar y comercializar nuevas sustancias susceptibles de
venderse a tal escala que produzca beneficios además de amortizar la inversión inicial. Limita-
das de esta forma, no pueden emprender todas las investigaciones sobre protección de cultivos
necesarias en una agricultura desarrollada.
Los aspectos a considerar para el uso racional de los plaguicidas pueden esquematizar-
se en la figura 7.
Fig. 7. Aspectos a considerar para el uso racional de plaguicidas.
7. EVOLUCIÓN DE PLAGUICIDAS EN EL SUELO
Cuando un plaguicida se aplica al campo, bien en forma de pulverización o líquido se
distribuye en las distintas fases del ambiente suelo, agua, aire, animales y plantas (fig. 8). La
distribución tendrá lugar de forma que la concentración en cada una de las fases sea función
tanto de las propiedades químicas del compuesto como de la fase.
El estudio de la interacción de los plaguicidas con la fase suelo, sustrato primario y más
importante, tiene especial interés, ya que la mayor parte de los mismos llega a ponerse en con-
tacto con la superficie de éste ya sea directa o indirectamente por lo que se hace necesario co-
nocer su evolución en este sistema.
Los mecanismos que influyen en la persistencia y evolución de plaguicidas en el suelo
están esquematizados en la figura 9. Estos mecanismos pueden actuar solos o en combinación
sobre la estructura de los diferentes productos específicos y dependen de otras variables, como
humedad, temperatura, materia orgánica, tipo de arcilla, pH, intercambio iónico del suelo, así
como de las características físicoquímicas del compuesto de que se trate. sucesivamente consi-
derados son:
Descomposición química que tiene lugar por procesos de oxidación, reducción, hidro-
xilación, dealquilación, rotura de anillos, hidrólisis e hidratación.
Descomposición fotoquímica que se produce por efecto del espectro de luz ultravioleta
de la luz solar. Las fuentes de luz y su intensidad regulan el grado de descomposición de un
compuesto.
Descomposición microbiana, la acción de los microorganismos del suelo sobre los pla-
guicidas es probablemente el mecanismo de descomposición más importante. los microorga-
nismos del suelo, bacterias, algas y hongos, obtienen alimento y energía para su crecimiento
por descomposición de estos compuestos orgánicos sobre todo cuando carecen de otras fuen-
tes.
FIG. 8. Representación esquemática de la distribución de un plaguicida en las distintas fases del ambiente.
Volatilización o pérdida del compuesto en forma de vapor. Todas las sustancias orgá-
nicas son volátiles en algún grado dependiendo de su presión de vapor, del estado físico en que
se encuentren y de la temperatura ambiente.
Movimiento, el transporte de un plaguicida en el suelo, por disolución o arrastre mecá-
nico, se hace bajo la influencia del agua, bien de las precipitaciones atmosféricas que favorecen
el movimiento de convección, bien de la imbibición que permite un desplazamiento por difu-
sión molecular. El grado de lixiviación está influido por las características físicoquímicas del
suelo, solubilidad del producto, frecuencia e intensidad de la lluvia, etc.
Descomposición por las plantas y organismos como consecuencia de los procesos
metabólicos que tienen lugar en las plantas.
Fig. 9. Esquema de los mecanismos que influyen en la evolución de plaguicidas en el
suelo.
ADSORCIÓN, FENÓMENO DE ATRACCION ENTRE UNA SUPERFICIE SÓLI-
DA Y UN LÍQUIDO O UN VAPOR. POR ESTE MECANISMO, LAS MOLÉCULAS DE
PLAGUICIDA PUEDEN SER ADSORBIDAS O RETENIDAS POR LOS COLOIDES
PRESENTES EN EL SUELO, ARCILLA Y MATERIA ORGÁNICA, DURANTE EL PRO-
CESO DE LIXIVIACIÓN.
Cuando un plaguicida es adsorbido su concentración en la solución del suelo disminuye,
estableciéndose un equilibrio entrelas concentraciones de materia activa disuelta y adsorbida.
El mecanismo de desorción del compuesto dependerá principalmente de la energía de adsor-
ción. Cuanto mayor sea esta energía, más difícil será la desorción del plaguicida de nuevo a la
solución del suelo.
8. ADSORCIÓN DE PLAGUICIDAS POR LOS COLOIDES DEL SUELO
De todos los mecanismos implicados en la evolución de plaguicidas en el suelo mencio-
nados en el apartado anterior, la adsorción- desorción es el más importante por influir directa o
indirectamente en la magnitud y efecto de los otros. Es fácil comprender que la adsorción in-
fluye en el lavado, en la volatilización e incluso en la biodegradación por microorganismos ya
que éstos no pueden degradar el plaguicida si éste es inaccesible. Se ha demostrado que los
sustratos que no son accesibles a los microorganismos no son atacados o lo son más lenta-
mente.
El proceso de adsorción de plaguicidas por el suelo se refiere, como ya hemos indicado,
a la interacción entre estos compuestos y las partículas del suelo por lo que estará íntimamente
relacionado con la superficie específica y con las propiedades físico-químicas de estas partícu-
las y en consecuencia con el tamaño de las mismas. De ahí que la fracción coloidal será la más
activa en este proceso, o sea, la que tendrá mayor facilidad para retener moléculas de plaguici-
das.
La fracción coloidal del suelo está constituida por una parte orgánica (materia orgá-
nica) y una parte inorgánica (minerales de la arcilla). Las interacciones entre las moléculas
de plaguicidas y las fracciones coloidales del suelo están influidas considerablemente por la
humedad, temperatura, pH, y contenido de minerales y materia orgánica del suelo. a su vez
también están relacionadas con las características de los compuestos orgánicos, en cuanto a su
solubilidad en el agua, polaridad, tamaño molecular y características químicas.
De acuerdo con esto, el margen de adsorción de un plaguicida por el suelo puede ex-
tenderse desde poco o nada hasta una inactivación total, dependiendo estas diferencias de la
naturaleza de la fracción coloidal y de la estructura química del compuesto. así, estudios expe-
rimentales han demostrado que de los plaguicidas de uso más frecuente (clorados, fosforados,
carbamatos), son los fosforados los más fuertemente inactivados en el suelo, tanto en suelos
minerales como en suelos orgánicos, debido a que son los más fácilmente adsorbidos por el
suelo.
De acuerdo con todo ello, en la Unidad de Físico-Química y Mineralogía de Arcillas del
Centro de Edafología y Biología Aplicada de Salamanca se trabaja desde hace varios años en
estudios sobre interacción de minerales de la arcilla con un grupo de plaguicidas ampliamente
utilizados en la actualidad: Plaguicidas organofosforados.
Los estudios han permitido establecer el mecanismo de interacción entre estos com-
puestos y la montmorillonita, mineral de la arcilla que tiene una gran capacidad de adsorción y
es un componente común de grandes grupos de suelos. Las investigaciones llevadas a cabo,
que han dado lugar a varias publicaciones (Sánchez Camazano y Sánchez Martín, 1983 a),
1983 b), 1984) han permitido además establecer relaciones entre la estructura de los com-
puestos y el mecanismo de adsorción por montmorillonita.
Los resultados obtenidos en estos trabajos son de gran interés con vistas a la fabrica-
ción de plaguicidas y de formulaciones más bioactivas y menos contaminantes en el suelo.
8.1. EFECTOS DE LA ADSORCIÓN
La adsorción de plaguicidas por los coloides del suelo puede modificar su:
a) Actividad
b) Persistencia
c) Degradación
a) Da lugar a una inactivación de los plaguicidas, ya que estas moléculas al quedar
bloqueadas no pueden ejercer su efecto tóxico. Para que estos compuestos sean efectivos en el
suelo deben aplicarse en dosis determinadas. Así, si el suelo tiene textura arcillosa y la adsor-
ción tiene lugar en gran cantidad, las dosis de aplicación deberán ser superiores a las normales
si se quieren conseguir los efectos deseados.
b) Origina un aumento de la persistencia de estos compuestos en el suelo con el consi-
guiente riesgo de contaminación. Si la adsorción produce una separación irreversible de la
molécula de la forma activa, entonces la pérdida de actividad será permanente, pero si se pro-
ducen cambios en las condiciones ambientales de temperatura o humedad, o en la estructura
del suelo se pueden originar desprendimientos lentos del compuesto al estado disponible, de
modo que vuelve a entrar en el sistema biológico, pero ahora a concentraciones demasiado
bajas para ser significantes en el control de las plagas, aunque posiblemente a niveles suficien-
temente altos para entrar de alguna forma en la cadena de alimentos y ser nocivo a determina-
dos organismos, diferentes de aquellos para los que había sido destinado.
c) Influye en su degradación, en unos casos, impidiéndola o retrasándola, ya que mien-
tras que estos compuestos están adsorbidos los mecanismos de descomposición de los mismos
o no pueden actuar o actúan más lentamente. En otros casos, la adsorción puede aumentar la
degradación del plaguicida, ya que los minerales de la arcilla pueden catalizar su descomposi-
ción por medio de la formación de fuertes arcilla-molécula orgánica que debilitarán ciertos
enlaces dentro de la molécula. La posibilidad de las arcillas de catalizar estas reacciones está
relacionada con su naturaleza, en algunos casos, fuertemente ácida y con la naturaleza de los
cationes de cambio. Así por ejemplo es notable la descomposición de heptaclor, DDT, dieldrín
y endrín sobre diluyentes como atapulgita y caolinita. El efecto de esta degradación catalítica
no tendrá consecuencias en cuanto a la contaminación, siempre que los productos de hidrólisis
no sean tóxicos, pero sí tendrá efecto en cuanto a la actividad.
Como consecuencia de estos efectos se puede concluir que una condición indispensable
y absolutamente necesaria, previa a la aplicación de un plaguicida en el campo, es conocer la
composición del suelo, la textura del mismo y la naturaleza de los minerales que contienen la
fracción arcilla. El conocimiento de estos aspectos daría lugar a un mayor beneficio, con los
mínimos riesgos de “presente y futuro”.
9. INVESTIGACIONES SOBRE EVOLUCIÓN DE PLAGUICIDAS ENSUELOS
Las investigaciones que se llevan a cabo actualmente sobre evolución de plaguicidas en
el suelo, esquematizadas en la figura 10, están dirigidas fundamentalmente a estudiar:
FIG. 10. Investigaciones que se realizan actualmente sobre evolución de plaguicidas en
suelos.
1. La velocidad de degradación de estos compuestos y su persistencia en el suelo, ba-
sándose en el análisis de residuos.
2. El movimiento de plaguicidas en el suelo mediante el estudio de la adsorción conoci-
da, con el fin de conocer la influencia de los distintos componentes en el proceso.
3. Adsorción de plaguicidas por la fracción coloidal del suelo, minerales de la arcilla y
distintas fracciones de materia orgánica, con el fin de conocer los mecanismos por los que son
retenidos estos compuestos en el suelo.
Con estos trabajos se contribuye a aumentar el conocimiento de:
a) La efectividad de los plaguicidas en el suelo haciendo de ellos un uso más eficaz.
b) la repercusión de su empleo en la contaminación ambiental teniendo en cuenta su
elevada toxicidad en muchos casos.
9.1. PERSISTENCIA EN SUELOS
El término “persistencia” ha sido empleado para definir el tiempo que permanece un
plaguicida en el suelo manteniendo su actividad biológica. Las consecuencias de la persistencia
pueden ser muy importantes, dependiendo de la toxicidad del plaguicida y de su biodisponibili-
dad.
En la bibliografía se encuentran bastantes revisiones sobre la persistencia de plaguicidas
en suelos. Entre ellas se pueden citar las efectuadas por Kearney y col. (1969), Edwards
(1973) y Khan (1980).
En la figura 11 se resumen los datos recogidos por Kearney y col. sobre la persistencia
de los principales tipos de insecticidas y herbicidas en suelos. Los valores de persistencia están
referidos al tiempo requerido para tener una pérdida del 75 % del compuesto.
Los valores que se presentan son los resultados de las velocidades normales de aplica-
ción y de las condiciones normales agrícolas. Cada barra representa una o más clases de pla-
guicidas y los espacios abiertos representan la persistencia de miembros individuales dentro de
cada serie.
FIG. 11. Persistencia de distintos grupos de plaguicidas en suelos.
Estos datos demuestran que los plaguicidas más persistentes son los organoclorados (
más de 20 años), los herbicidas del grupo de los carbamatos, ácidos alifáticos y triazinas pre-
sentan un amplio espectro de persistencia, desde pocas semanas hasta más de un año, y los
insecticidas organofosforados tienen una vida más corta en el suelo desapareciendo en un pe-
ríodo de 2 a 12 semanas.
Sin embargo, la velocidad de descomposición y desaparición de los compuestos orga-
nofosforados, carbamatos y otros es sólo relativa, ya que algunos factores como la propia es-
tructura química del compuesto, tipo de suelo, contenido en materia orgánica, contenido y
naturaleza de los minerales de la arcilla presentes en el suelo, composición granulométrica, pH,
humedad y temperatura pueden influir decisivamente en el grado de desaparición.
Corroborando lo anterior están los trabajos existentes en la bibliografía sobre persisten-
cia de compuestos de este tipo en suelos durante largos períodos de tiempo, superiores a los
señalados en la serie de estabilidad dada por Kearney y col. En el caso de los organofosfora-
dos, concretamente, la persistencia es tan grande que se aproxima a la de los organoclorados,
como se deduce del estudio de Bro-Rasmussen y col. (1970) sobre la velocidad de degradación
en el suelo de una serie de plaguicidas organofosforados bajo condiciones controladas en el
laboratorio, y en el campo bajo condiciones controladas en el laboratorio, y en el campo bajo
condiciones atmosféricas normales.
En los experimentos realizados en el laboratorio por los citados autores, el análisis de
los residuos después de 2,16,32,48,64 y 80 días de la aplicación indican una gran variedad de
los grados de degradación de los 8 insecticidas utilizados (fig. 12a). En los experimentos reali-
zados en el campo, los residuos se analizaron después de 2,4,6 y 10 meses y los resultados
indicaron que los grados de degradación no eran tan lineales como los obtenidos en el labora-
torio, siendo altos al principio y disminuyendo en el curso del tiempo (fig. 12b). Esto pone de
manifiesto que es necesario un control de parámetros, tales como contenido de agua en el
suelo y temperatura para realizar una comparación cuantitativa de los grados de desaparición.
Los resultados obtenidos en estos experimentos permiten a los autores de este trabajo
realizar una clasificación de los 8 insecticidas en tres grupos: Sustancias altamente persistentes
(diclorofentión, tricloronato y clorfenvinfos), sustancias que se descomponen rápidamente
(diazinón, dimetoato y afidán) y un grupo intermedio en el que se incluyen bromofos y mecar-
bán. Señalan los autores que la desaparición de las últimas trazas tiene lugar con gran dificul-
tad, siendo esto posiblemente debido a la existencia de fenómenos de adsorción muy intensos
que impiden su degradación.
FIG. 12. Cinética de degradación de ocho insecticidas organofosforados:
a) Ensayos realizados en campo, b) Ensayos realizados en laboratorio.
A, diclorofentión; B, tricloronato; C, clorfervinfos; D, mecarbán; E, bromofos; F, di-
metoato; G, afidán; H, diazinón.
En suelos agrícolas orgánicos, en general, se han encontrado residuos altos de plaguici-
das. En la tabla Y se exponen los resultados encontrados por Miles y col. (1978) sobre todo
residuos de insecticidas en 28 suelos orgánicos localizados en 6 áreas de cultivo de Ontario
(Canadá). Se encontraron residuos de organoclorados en todos los suelos, residuos de orga-
nofosforados en 26, siendo etión el predominante y residuos de carbamatos en 10 suelos, pre-
ferentemente de carbofurán. La desaparición de estos compuestos aplicados en suelos orgáni-
cos tiene lugar de forma más lenta de lo que cabría esperar estando simplemente expuesto a las
condiciones ambientales.
De los resultados obtenidos por los distintos investigadores se deduce que el grado de
persistencia de diversos plaguicidas en el suelo depende:
De sus características:
• Estabilidad
• Propiedades físico-químicas
De la naturaleza del suelo:
• Composición
• Contenido en humedad
• Temperatura
TABLA I
RESIDUOS DE INSECTICIDAS (PPM) DETECTADOS EN SUELOS AGRÍCOLAS ORGÁNICOS
9.2. ADSORCIÓN POR SUELOS
De los estudios sobre persistencia de plaguicidas en distintos suelos se deduce que uno
de los factores que influyen de forma decisiva en la degradación o en la persistencia de estos
compuestos es el tipo de suelo.
El efecto de la composición del suelo en la adsorción puede estudiarse, bien observan-
do el efecto de la eliminación de uno o varios constituyentes del suelo, o bien determinando las
correlaciones posibles entre las características de la adsorción y el contenido de los diversos
constituyentes.
La eliminación total o parcial de la materia orgánica de un suelo, de los óxidos ode los
hidróxidos, da lugar a efectos muy variables en la adsorción. Así, la extracción de la materia
orgánica puede dar lugar a un aumento o una disminución de las cantidades adsorbidas, depen-
diendo principalmente de la estructura del compuesto orgánico, de la composición de la mate-
ria orgánica y de la naturaleza del resto de los componentes inorgánicos del suelo.
En la bibliografía se encuentran numerosos trabajos en los que se determinan las rela-
ciones entre la adsorción y el contenido en materia orgánica, arcilla, óxidos o distintas variables
del suelo como pH, superficie específica, capacidad de cambio, etc. En la mayor parte de estos
trabajos se encuentra una correlación significativa entre las cantidades adsorbidas y los conte-
nidos en materia orgánica de los suelos. Este hecho se manifiesta en la adsorción de los com-
puestos carbamatos (aldicarb), organofosforados (forato, paratión, terburos, cloropirifos,
fenitrotión y azinfosimetil) (fig.13)
Fig. 13. Relación entre adsorción de azinfosimetil y contenido en materia orgánica de
los suelos (Sánchez Camazano y Sánchez Martín, 1984).
En otros casos, se han obtenido correlaciones significativas entre las cantidades adsor-
bidas y el contenido en arcilla, como en los compuestos organofosforados (dimefox, menazón
y piperofos) y carbamatos (molinato). En el caso del piperofos esta correlación se ha obtenido
cuando se relacionan únicamente los suelos con minerales de la arcilla de baja capacidad de
adsorción, en cambio en el molinato esta correlación es significativa cuando se consideran úni-
camente los suelos con minerales de la arcilla adsorbentes. En este último caso existe correla-
ción entre la cantidad adsorbida y el contenido en montmorillonita. Estos resultados indican la
importancia que en los procesos de adsorción tienen los minerales de la arcilla presentes en el
suelo.
El contenido de materia orgánica presente en el suelo influye en gran medida en las re-
laciones que puedan existir entre adsorción y contenido en arcilla. Cuando el contenido de
materia orgánica es elevado, el coeficiente de correlación adsorción-materia orgánica, es ele-
vado, teniendo lugar la adsorción principalmente en las superficies orgánicas y enmascarando
el efecto de la adsorción por superficies minerales. Cuando este contenido es menor del 2 %,
comienza a manifestarse el efecto de los constituyentes inorgánicos en el proceso de adsorción.
Este comportamiento es debido a la interacción de la materia orgánica y mineral que existe en
la mayor parte de los casos, de forma que la contribución relativa de las superficies orgánica e
inorgánica a la adsorción dependerá de la extensión en que la arcilla esté cubierta por las sus-
tancias orgánicas. La cantidad de materia orgánica necesaria para cubrir la arcilla varía de un
suelo a otro y depende de la clase y cantidad de arcilla presente en el suelo.
A partir de los resultados existentes puede deducirse que no existe una situación clara
respecto a la influencia de los distintos componentes del suelo en la adsorción. hay que señalar
que sería necesario tener en cuenta factores como origen de la materia orgánica, modificacio-
nes de la misma por la actividad biológica así como sus asociaciones con la materia mineral.
Consecuentemente las correlaciones entre adsorción y características de los suelos deberían ser
utilizadas con precaución.
Estas correlaciones solamente reflejan relaciones posibles entre las características de
adsorción y los componentes del suelo, pero no explican suficientemente los mecanismos de
interacción o bien el papel desarrollado por un factor determinado.
9.3. ADSORCIÓN POR LA FRACCIÓN COLOIDAL DEL SUELO
Los estudios sobre adsorción de plaguicidas por los componentes de la fracción coloi-
dal del suelo, minerales de la arcilla y materia orgánica, presentan un gran interés, ya que per-
miten determinar el mecanismo de interacción por el que estos compuestos son retenidos en el
suelo siendo posible predecir el comportamiento de un compuesto determinado en función de
su estructura y de las características del adsorbente.
Minerales de la arcilla
El término “fracción arcilla” se utiliza para incluir los minerales cristalinos y los óxidos
e hidróxidos cristalizados y amorfos del suelo cuyo tamaño de partículas es <2u.
Constituyen la fracción coloidal inorgánica del suelo y su carga eléctrica superficial les
permite adherirse a compuestos con carga de signo contrario. De ahí radica su importancia en
los fenómenos de adsorción de las sustancias que llegan al suelo.
Los componentes cristalinos de esta fracción son los silicatos laminares (caolinita, ha-
loisita, montmorillonita, vermiculita), silicatos fibrosos (sepiolita y paligorskita), minerales no
laminares (feldespatos, óxidos de hierro y carbonatos). los compuestos amorfos son aloanas y
óxidos amorfos.
En los procesos de adsorción son los silicatos laminares los que presentan mayor inte-
rés. Estos minerales están constituidos por láminas formadas a su vez por capas o estratos de
dos tipos:
a) Tetraédricas, formadas por tetraedros de sílice unidos por las bases. Estos tetraedros
poseen un átomo de Si en el centro y átomos de oxígeno o hidroxilo en los vértices. se dispo-
nen en un enrejado hexagonal con las bases en un mismo plano y los vértices señalando todos
en un mismo sentido.
b) Octaédricas, constituidas por octaedros con átomos de Al, Fe o Mg en el centro y
oxígenos o hidroxilo en los vértices.
Ambas capas cuando van unidas, para formar la lámina, lo hacen compartiendo oxíge-
nos y/o hidroxilo en los vértices.
Según el número de capas que forman su lámina característica, los silicatos laminares se
clasifican en silicatos 1/1 (capa tetraédrica y capa octaédrica) y silicatos 2/1 (dos capas tetré-
dricas y una octaédrica). En la figura 14 se esquematiza la estructura de un mineral de la arcilla
de tres capas.
En algunos silicatos del tipo 2/1, las sustituciones isomórficas de Si por Al en la capa
tetraédrica y de Al por Mg en la octaédrica originan la aparición de un exceso de carga negati-
va en las láminas que se compensa con la entrada de cationes externos o de cambio (Ca2+, Na+,
mg2+ ) que actúan de puente entre las láminas.
En la Tabla II se dan los valores de la capacidad de cambio y área superficial para dis-
tintos minerales de la arcilla.
FIG. 14. Estructura de la montmorillonita.
TABLA II
CAPACIDAD DE CAMBIO Y ÁREA SUPERFICIAL DE ALGUNOS MINERALES DE LA ARCILLA
Los cationes de cambio así como el agua de hidratación de los mismos pueden ser sus-
tituidos en determinadas condiciones por moléculas orgánicas, dando lugar a la formación de
complejos de adsorción. La formación de estos complejos de adsorción (silicato + molécula
orgánica) modifica el espacio interlaminar del silicato, produciendo una expansión del mismo
fácilmente observable mediante difracción de rayos X.
Factores que influyen en la adsorción de plaguicidas por los minerales de la arcilla
La fijación de moléculas orgánicas por los minerales de la arcilla depende tanto de las
características del silicato como de las propiedades de las moléculas adsorbidas.
1. Características del silicato
a) Naturaleza del silicato, especialmente la fuerza del enlace interlaminar entre láminas
y cationes de cambio. Así, por ejemplo, en la montmorillonita esta unión es débil, lo que per-
mite fácilmente la entrada de moléculas orgánicas en el espacio interlaminar, con el consi-
guiente hinchamiento en la dirección del eje c de los cristales. La vermiculita ofrece más resis-
tencia a la expansión debido a su mayor densidad de carga. En la caolinita y haloisita esta ex-
pansión es bastante difícil, debido a la existencia de fuertes uniones por puentes de hidrógeno
entre los oxígenos superficiales y los grupos hidroxilo.
b) Densidad de carga laminar que de pende del grado y naturaleza de las sustituciones
isomórficas en las capas tetraédricas y octaédricas. La atracción por las moléculas adsorbidas
será mayor cuanto mayor sea la densidad de carga.
c) Naturaleza de los cationes de cambio ya que el poder polarizante y el potencial ióni-
co del catión, que dependen de su carga y de su radio, son parámetros importantes, especial-
mente si se tiene en cuenta que las moléculas orgánicas polares pueden coordinarse a los catio-
nes de cambio en el espacio interlaminar del silicato.
2. Propiedades de la molécula orgánica
a) Carácter químico, que está determinado fundamentalmente por el número, tipo y
posición relativa de los grupos funcionales, siendo mayor la adsorción de compuestos que ten-
gan grupos funcionales con átomos con pares de electrones no compartidos (P=O,
C=O,NH,etc) que exalten su capacidad de formación de puentes de hidrógeno y su poder de
coordinación a los cationes de cambio.
b) Tamaño y estructura molecular influyen en la adsorción y en la disposición de las
moléculas orgánicas adsorbidas. La facilidad de penetración en la interlámina será mayor
cuanto más elevado sea el momento dipolar y más pequeño el tamaño molecular.
c) Momento dipolar y constante dieléctrica que dan una medida de la influencia de la
polaridad en el fenómeno de adsorción.
d) Acidez o basicidad del compuesto, determinado por el valor del pKa o pKb y del pH
del sistema. Los compuestos ácidos a valores altos de pH se convierten en aniones, debido a su
disociación, mientras que los compuestos básicos cuando se protonan se convierten en catio-
nes.
Tipos de interacción entre los plaguicidas y los minerales de la arcilla
1. Cambio iónico, tiene lugar cuando las moléculas orgánicas que se adsorben se en-
cuentran en forma catiónica. Se intercambian con los cationes inorgánicos que saturaban ini-
cialmente la arcilla y el enlace tiene lugar por fuerzas electrostáticas.
2. Protonación, muchos compuestos orgánicos pueden convertirse en catiónicos por
protonación después de ser adsorbidos por la arcilla y el enlace tiene lugar también por fuerzas
electrostáticas.
3. Ión-dipolo o coordinación, interacción entre los dipolos de las moléculas orgánicas
neutras y los cationes de cambio del silicato, bien directamente o a través del agua de hidrata-
ción del catión.
4. Enlace por transferencia de carga, interacción que se produce cuando existe una
transferencia de electrones entre un dador rico en electrones y un aceptor deficiente en electro-
nes.
5. Fuerzas de Van der Waals, son fuerzas físicas, relativamente débiles que, en general,
se superponen a las demás interacciones. Su importancia aumenta con el tamaño de la molécula
adsorbida.
Estudios sobre adsorción de plaguicidas por minerales de la arcilla
Los compuestos orgánicos utilizados como plaguicidas pueden dividirse en:
a) Catiónicos, adsorbidos por las arcillas en forma molecular por interacciones ión-
dipolo o coordinación.
Dentro de los compuestos iónicos, han sido ampliamente estudiados los herbicidas di-
cuat, paracuat (Weed y Weber, 1969) y clordimeform (Hermosín y Pérez Rodríguez, 1981).
Estos compuestos son adsorbidos por distintos silicatos laminares (caolinita, vermiculita, ilita,
montmorillonita) pudiendo representarse el proceso de adsorción por isotermas que se ajustan
a la ecuación de Langmuir (fig. 15). En las isotermas de adsorción se representa la cantidad de
compuesto adsorbido por unidad de peso de adsorbente (arcilla) frente a la concentración final
de plaguicida en la solución. Inicialmente se parte de suspensiones, en las que se pone en equi-
librio una cantidad determinada de adsorbente con soluciones de plaguicida de distintas con-
centraciones.
Fig. 15. Isotermas de adsorción de clordimeform por caolinita, ilita y vermiculita.
El proceso de adsorción de estos herbicidas iónicos es prácticamente irreversible sobre
todo en montmorillonita, con lo cual su actividad herbicida desaparece rápidamente mientras
que su persistencia química es muy elevada. En consecuencia, su adsorción producirá una
contaminación permanente del suelo, bloqueando, además una porción importante de la capa-
cidad de cambio de los minerales de la arcilla.
Un grupo importante de herbicidas que ha recibido gran atención, en cuanto al estudio
de su interacción con silicatos laminares, son las triazinas sustituidas (Weber,1970). Estos
compuestos poseen un carácter débilmente básico, por lo que su existencia en forma de catión
dependerá de su capacidad para adquirir un protón, siendo entonces adsorbidos mediante un
enlace iónico. La adsorción de estos compuestos aumenta con el pH de la solución (fig. 16),
hasta llegar al pKa del compuesto a partir del cual disminuye su adsorción. El valor máximo de
adsorción depende de la naturaleza de los sustituyentes en el anillo triazínico.
FIG. 16. Influencia del pH de la suspensión en la adsorción de distintas triazinas por
montmorillonita.
Entre los plaguicidas polares, los compuestos que presentan mayor interés en estos
procesos de adsorción son los carbamatos (fig. 17) y los compuestos organofosforados. Estos
compuestos se adsorben en el espacio interlaminar de los silicatos laminares hinchables
(montmorillonita, vermiculita) sustituyendo el agua de hidratación de los cationes de cambio,
teniendo lugar la interacción a través de los grupos funcionales de la molécula orgánica (C=O;
P=O; P=S) y los cationes de cambio, bien directamente o a través de puentes de agua. En al-
gunos casos la interacción con el catión de cambio puede tener lugar a través de más de un
grupo funcional de la molécula orgánica, como se muestra en la figura 18 para el dimetoato
adsorbido en el espacio interlaminar de la montmorillonita (Sánchez Camazano y Sánchez
martín, 1980). La molécula orgánica queda retenida en el espacio interlaminar formando una
especie de “sandwich”. Los compuestos así retenidos serán inactivos en cuanto a su actividad
biológica, y al mismo tiempo estarán protegidos frente al ataque de los microorganismos del
suelo, impidiendo su degradación.
FIG. 17. Isotermas de adsorción de molinato por montmorillonita-Ca, montmorillonita-
Cu y hectorita-Ca (Sánchez Martín y Sánchez camazano, 1985).
FIG: 18. Disposición de la molécula de dimetoato en el espacio interlaminar de la
montmorillonita.
En algunos casos, simultáneamente a la formación de estos complejos, tiene lugar la
descomposición del compuesto vía hidrólisis. Como consecuencia de la formación de fuertes
enlaces arcilla-molécula orgánica, puede producirse el debilitamiento de ciertos enlaces, dentro
de la molécula orgánica dando lugar a su descomposición. Este hecho ha sido observado en
algunos insecticidas organofosforados (paratión, fosmet) y carbamatos (asulán, nisulán).
Materia orgánica
La materia orgánica es otro componente de la fracción coloidal del suelo, muy impor-
tante también en los procesos de adsorción. Su contenido en los suelos, especialmente en los
agrícolas, es menor que el de arcilla y es uno de los materiales más complejos que existen en la
naturaleza. Contiene compuestos que pueden ser agrupados en sustancias químicas definidas,
tales como carbohidratos, proteínas, aminoácidos, ceras y ácidos orgánicos de bajo peso mole-
cular siendo fácilmente atacables por los microorganismos del suelo. Las sustancias húmicas
son más estables y constituyen el grueso de la materia orgánica en la mayor parte de los suelos.
Son ácidas, de color oscuro, predominantemente aromáticas, químicamente complejas, hidrofí-
licas, y de peso molecular elevado que oscila entre 1.000 y más de 100.000. Basándose en su
solubilidad, las sustancias húmicas se oueden eparar en tres fracciones: ácido húmico, ácido
fúlvico y humina que son estructuralmente similares pero con diferente peso molecular.
La capacidad de cambio de cationes de las sustancias húmicas es más alta que la de los
minerales de la arcilla, siendo del orden de 200 a 400 meq/100 g y tienen además una gran área
superficial, 500-800m2/g.
La materia orgánica no se encuentra bien estudiada para poder establecer relaciones
entre estructura química y adsorción. Parece, sin embargo que, tanto los materiales húmicos
como los no humificados, juegan un papel importante en la adsorción, que puede explicarse
por su gran área superficial, por su elevada capacidad de cambio y por su naturaleza química.
Análogamente a lo que ocurre en los minerales de la arcilla, en este fenómeno de ad-
sorción influyen tanto las características del plaguicida como la composición de la materia or-
gánica . Los mecanismos de interacción son también similares estando implicados los grupos
carboxilo e hidroxilo de estas sustancias. Así, los plaguicidas iónicos y débilmente básicos,
dicuat, paracuat y triazinas sustituidas se adsorben en la materia orgánica también mediante un
mecanismo de cambio iónico. En el caso de las triazinas pueden darse además otros mecanis-
mos de interacción como enlace de hidrógeno o a través de radicales libres (fig.19).
Los plaguicidas polares como ureas, carbamatos, y organofosforados, se unen a la
materia orgánica por enlace de hidrógeno y por coordinación entre los grupos funcionales de
los mismos y los cationes inorgánicos, que neutralizan las cargas sobre las estructuras de los
humatos. También pueden contribuir al proceso de adsorción otros mecanismos, como reac-
ciones de transferencia de carga y fuerzas de Van der Waals.
FI. 19. Enlace de triazinas a la materia orgánica a través de los mecanismos: a) cambio
catiónico y puente de H, b) radicales libres.
En la figura 20 se representa el orden aproximado de afinidad de algunos grupos de
plaguicidas para su adsorción por los coloides orgánicos. Los compuestos iónicos son los más
fuertemente enlazados, después los débilmente básicos y por último los compuestos polares.
FIG. 20. Afinidad de algunos herbicidas para la adsorción por los coloides orgánicos
del suelo (Stevenson, 1972).
Finalmente, es de destacar también la capacidad de la materia orgánica para promover
la degradación no biológica de algunos plaguicidas. Los grupos reactivos nucleófilos de las
sustancias orgánicas (COOH, fenólico, enólico) así como los radicales libres, estables en ácidos
húmicos y fúlvicos, pueden promover cambios químicos en plaguicidas después de que éstos
son adsorbidos (hidroxilación de Cl-triazinas sustituidas, descomposición de 3-aminotriazol)
catalizando su degradación.
10. CONCLUSIÓN
En el esquema de la figura 21 se presenta un resumen de la influencia de la adsorción en
la evolución de plaguicidas en suelos.
Como consecuencia del fenómeno de adsorción, las moléculas de plaguicidas se en-
cuentran retenidas sobre una superficie de los coloides minerales y orgánicos, encontrándose
en unas condiciones físico-químicas particulares, que son las del estado adsorbido y adquirien-
do un comportamiento diferente de las moléculas en solución.
Por consiguiente se puede concluir que la adsorción de plaguicidas por la fracción co-
loidal del suelo, actúa modificando el proceso de degradación y de transporte de estos com-
puestos en el suelo, así como su actividad biológica para combatir los organismos a los que son
destinados. Estas modificaciones tienen repercusiones agronómicas importantes que han de ser
tenidas en cuenta a la hora de su utilización.
En definitiva, la adsorción de los plaguicidas puede tener consecuencias imprevisibles
por lo que el conocimiento de este proceso es fundamental en la evolución de estos compues-
tos en el suelo.
Fig. 21. Influencia de la adsorción en la evolución de plaguicidas en suelos.
Este boletín estudia la problemática de los PLAGUICIDAS: la necesidad de suaplicación, sus inconvenientes y, con mayor enfoque científico, su naturaleza y la delproceso de su adsorción y evolución en el suelo, etc. Todo ello en orden a sentar ba-ses racionales para su correcta utilización, salvaguardando el orden ecológico gene-ral.
La MONOGRAFÍA, cuya temática es de indudable actualidad y pertenece auna línea de Investigación de los autores, es fruto del compromiso asumido porellos, en su día, como tarea añadida a su afán profesional diario.
Con buena aceptación por los lectores, el INSTITUTO DE RECURSOS NA-TURALES Y AGROBIOLOGÍA (CSIC), y la EXCMA. DIPUTACIÓN PROVIN-CIAL DE SALAMANCA, llevan colaborando en esta labor editorial, formativa, pa-ra ofrecernos los conocimientos de diversos especialistas, como un reflejo y unaprestación social de su propia actividad científica.
